Viskosität von Honig in mPa·s
Viskosität beschreibt die Zähflüssigkeit eines Fluids, also den Widerstand, den eine Flüssigkeit dem Fließen entgegensetzt. Einfach gesagt ist die Viskosität die Zähflüssigkeit einer Flüssigkeit, d. h. der Widerstand gegen das Fließen. Diese Eigenschaft erklärt, warum Honig als „klebrig“ und langsam fließend wahrgenommen wird: Eine zähe Flüssigkeit wie Honig hat eine hohe Viskosität. Eine nicht zähe Flüssigkeit wie Wasser hat eine niedrige Viskosität. Frei übersetzt bedeutet viskos also etwa so viel wie „zäh wie Vogelleim“.
Grundbegriffe: dynamische und kinematische Viskosität
Generell wird zwischen dynamischer und kinematischer Viskosität unterschieden. Die dynamische Viskosität η entspricht dem Quotient von Schubspannung zu Geschwindigkeitsgradient. η wird in der Maßeinheit Pa·s oder mPa·s angegeben. Die dynamische Viskosität (η) wird meist in mPas angegeben (1 mPas = 1 cP). Die SI-Einheit der dynamischen Viskosität ist Pascalsekunde (Pa·s); in der Praxis dominiert Millipascalsekunde (mPa·s, gleichbedeutend mit mPas). Wasser gilt als Referenzmedium mit einer dynamischen Viskosität von ca. 1 mPas bei 20 °C.
Die kinematische Viskosität ν erhält man bei Division der dynamischen Viskosität durch die Dichte: ν = η / ρ. Die Einheit der kinematischen Viskosität ist St (Stokes) oder m²/s (1 St = 10⁻⁴ m²/s = 1 cm²/s). Die kinematische Viskosität ist somit ein Stoffparameter, da sie die dynamische Viskosität auf die Dichte normiert.
Physikalische Vorstellung und Messung
Zur Veranschaulichung stellt man sich zwei im Abstand x angeordnete Platten der Fläche A vor. Zwischen diesen Platten befindet sich eine Flüssigkeit, die an beiden Platten haftet. Wird nun Platte 2 mit der Geschwindigkeit v bewegt, so bewegt sich die Schicht in unmittelbarer Nachbarschaft zu Platte 2 auf Grund der Haftung ebenfalls mit der Geschwindigkeit v. Die innenliegenden Flüssigkeitsschichten gleiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aneinander vorbei. Von der obersten, an der Platte haftenden Schicht, geht eine Tangentialkraft auf die darunterliegende Schicht aus. Diese Proportionalitätskonstante η ist die dynamische Viskosität.
Zur Messung der Viskosität stehen verschiedene physikalische Messprinzipien zur Verfügung. Die Viskosität von Flüssigkeiten kann mit einem Viskosimeter z. B. gemäß EN ISO 3219 gemessen werden. Ein Rheometer ermöglicht es, darüber hinaus noch weitere rheologische Eigenschaften, auch von Festkörpern, zu bestimmen. Als Beispiel sei das klassische Kugelfallviskosimeter nach Höppler genannt: Die zu messende Flüssigkeit befindet sich in einem Zylinder. In diesen wird eine Kugel fallen gelassen. Zwischen der Gewichtskraft und dem Reibungswiderstand zwischen Kugel und Medium stellt sich ein Gleichgewicht ein, sodass die Kugel mit konstanter Geschwindigkeit fällt.
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Temperaturabhängigkeit: Honig wird flüssiger bei Erwärmung
Die Viskosität der meisten Flüssigkeiten nimmt mit steigender Temperatur ab. Wenn sich die Temperatur einer Substanz erhöht, nimmt die Viskosität ab. Zum Beispiel hat wohl jeder schon erlebt, dass Honig weniger klebrig (weniger zähflüssig) wird, wenn man ihn erhitzt. Temperaturerhöhungen in einer Flüssigkeit verringern die Viskosität, weil sie den Molekülen genug Energie geben, um die intermolekulare Anziehung zu überwinden. Deshalb enthält die Tabelle immer eine Temperaturangabe. Bei den meisten Flüssigkeiten gilt, dass die Viskosität mit steigender Temperatur abnimmt.
Newtonsche und nicht-newtonsche Eigenschaften von Honig
Newtonsche Flüssigkeiten, wie Wasser, zeigen eine konstante Viskosität - unabhängig davon, wie stark sie geschert werden. Viele Substanzen folgen diesem Gesetz jedoch nicht. Typische nicht-Newtonsche Fluide sind zusammengesetzte Substanzen wie Blut und Ketchup. Da Honig komplexe Zusammensetzung und Kristallstrukturen aufweisen kann (z. B. feine Kristallisation), zeigt Honig in Teilen nicht-newtonsche Effekte, insbesondere wenn Struktur oder Kristallisation eine Rolle spielen. Einige Flüssigkeiten zeigen mit zunehmender Scherrate eine Zunahme der Viskosität (Scherverdickung) oder eine Abnahme (Scherverdünnung). Bei thixotropen Flüssigkeiten nimmt die Viskosität mit zunehmender Belastung ab, je länger die Belastung ausgeübt wird.
Typische Viskositätsbereiche: Einordnung von Honig
Je größer die Viskosität, desto dickflüssiger ist das Messmedium; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger ist es. Niedrige Viskosität (z. B. Wasser: ~1 mPas, Milch: ~2 mPas) fließt leicht. Hohe Viskosität (z. B. Zahnpasta: ~70.000 mPas) ist sehr zäh. Honig liegt in einem deutlich höheren Bereich als Wasser und Milch, aber deutlich unterhalb der extrem zähen Medien wie Polymerschmelzen oder Bitumen. Flüssigkeiten können frei fließend sein wie Wasser oder klebrig wie Honig, und die Viskosität stellt dar, wie „frei fließend“ oder wie „klebrig“ eine Flüssigkeit ist.
Tabelle: Typische Werte (als Orientierung)
| Medium | Temperatur | Dynamische Viskosität (mPa·s) |
|---|---|---|
| Wasser | 20 °C | ~1 |
| Blut (große Gefäße) | 37 °C | 3-4 |
| Honig (flüssig, starke Varianz) | ca. 20-30 °C | 1 000 - 10 000 (typisch, stark abhängig von Sorte & Wassergehalt) |
| Zahnpasta | Raumtemperatur | ~70 000 |
Die Viskosität von Honig hängt stark von Faktoren wie Wassergehalt, Temperatur, botanischer Herkunft und Kristallisationsgrad ab. Die Werte für Honig variieren daher breit; typische Bereiche liegen grob zwischen einigen 10³ mPa·s bis zu über 10⁵ mPa·s bei niedrigen Temperaturen oder höherem Kristallisationsgrad. Diese genannten Werte dienen nur als Größenordnung.
Praktische Auswirkungen der Viskosität bei Honig
Die Viskosität bestimmt maßgeblich die Handhabung und Verarbeitung: Für Abfüllanlagen, Pumpen und Rührwerke ist die Kenntnis der Viskosität essentiell. Die Viskosität bestimmt maßgeblich die Wahl von Rührwerk, Pumpe, Dichtung und Temperierkonzept. Dichtungen/Lager: Hohe Viskositäten → robuste Wellendichtungen. Heiz-/Kühlmäntel halten die Viskosität im Prozessfenster - z. B. bei Honig, Melasse oder Fetten. Für klebrige/abrasive Medien empfehlen sich glatte Edelstahloberflächen (z. B. Ra < 0,8 µm) für gute Entleerbarkeit und hygienische Reinigung.
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Molekulare Ursachen: Warum ist Honig so zäh?
Die Viskosität resultiert zu einem Teil aus den Anziehungskräften zwischen den Teilchen des Fluids (Kohäsion). Die Viskosität wird durch intermolekulare Kräfte wie die Van-der-Waals-Kräfte verursacht. Teilchen zäher Flüssigkeiten sind stärker aneinander gebunden und somit weniger beweglich; Viskosität ist somit auch die Eigenschaft eines Fluids, ihrer Verformung einen Widerstand entgegenzusetzen. Den Zusammenhang zwischen dieser Kraft und den Eigenschaften des vorliegenden Fluids definiert die Viskosität.
Honig besteht aus Zuckern (Glucose, Fructose u. a.), Wasser, Enzymen und anderen Komponenten. Der Zuckeranteil und der Wassergehalt beeinflussen die intermolekularen Wechselwirkungen stark: Höherer Wasseranteil führt zu niedrigerer Viskosität, während kristallisierte oder stark zuckerreiche Honige deutlich zäher sind.
Messpraxis: Hinweise zur Messung von Honig
Bei der Messung ist zu beachten, dass die Viskosität temperaturabhängig ist und Honig nicht immer newtonsch ist. Für klebrige Medien wie Honig sind Rotationsviskosimeter und Rheometer geeignet. Bei beiden Gerätetypen wird entsprechend der Viskositätsdefinition die zu messende Probe im Spalt zwischen zwei Körpern (z. B. zwei koaxialen Zylindern oder zwei parallelen Platten) eingebracht. Ein Teil der Anordnung rotiert oder oszilliert mit definierter Geschwindigkeit, während der andere ruht.
Praxisbeispiele und Anwendung
In der Lebensmittelindustrie beeinflusst die Viskosität von Honig die Abfüllgeschwindigkeit, Dosierung und Verbraucherwahrnehmung. Bei Konsumenten ist die Fließfähigkeit eines Honigs ein Qualitätsmerkmal: ein kristallisierter, sehr zäher Honig wird anders bewertet als ein klarer, fließfähiger Honig. Im Labor wird deshalb bei Angabe von Viskositäten stets die Temperatur genannt. Die Ausrüstung in der Fertigung muss ordnungsgemäß geschmiert werden, um reibungslos zu funktionieren. Rohrleitungen können durch zähflüssige Stoffe verstopft werden.
Wichtige Praxisregeln
- Temperaturkontrolle: Erwärmung senkt die Viskosität und erleichtert Abfüllen.
- Messbedingungen dokumentieren: Temperatur, Messgerät, Schergeschwindigkeit.
- Beachtung der Nicht-Newtonschen-Effekte bei kristallisiertem Honig.
- Geeignete Materialwahl: glatte Oberflächen zur besseren Entleerung und Reinigung.
Honig ist also ein anschauliches Beispiel, wie Viskosität in Alltag und Technik wirksam wird: Sie erklärt, warum Honig bei Kälte stockt und beim Erwärmen flüssig wird, warum Abfüllanlagen besondere Konstruktionen benötigen und wie molekulare Zusammensetzung und Wassergehalt die Fließeigenschaften bestimmen.
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